1、midas Civil 2010拱拱橋橋專題拱橋分析專題Integrated Solution System for Bridge and Civil Strucutres1.1.不同結構中索單元的使用不同結構中索單元的使用: : 懸索橋的主纜和吊桿：建議使用考慮大變形的懸索單元 大跨斜拉橋的斜拉索：對于近千米或者超過千米的斜拉橋建議使用考慮大變形的索單元 中小跨斜拉橋的斜拉索：建議使用考慮恩斯特公式修正的等效桁架單元 拱橋的吊桿：建議使用桁架單元或只受拉桁架單元拱橋的吊桿：建議使用桁架單元或只受拉桁架單元 系桿拱橋的系桿：建議使用桁架單元 體內預應力或體外預應力的鋼索（鋼束）：與索單元無關，

2、使用預應力荷載功能按荷載來模擬即可。 進行細部分析時對于鋼束可以按桁架單元來模擬midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震3 結果未知荷載系數 利用未知荷載系數功能，可以計算出最小誤差范圍內的能夠滿足特定約束條件的最佳荷載系數，利用這些荷載系數計算拉索初拉力。 指定位移、反力、內力的“0”值以及最大最小值作為約束條件，拉索初拉力作為變量（未知數）來計算。 計算未知荷載系數適用于線性結構體系，為了計算出最佳的索力，必須要輸入適當的約束條件。主梁的變形最?。蛔罱K索力不集中在幾根拉索，而是均勻分布在每根拉索上。2.未知荷載系數法功能未知荷載系數法功能midas Civil

3、2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震4 復制和粘貼復制和粘貼midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震5 考慮施工階段的未知荷載系數法考慮施工階段的未知荷載系數法 本程序還可考慮施工階段，計算未知荷載系數。利用此功能可直接計算出，施工過程中每根拉索的拉索控制力。定義正裝施工階段模型。將每個施工階段的拉索初拉力定義單位初拉力。（注：拉索過程必須單獨定義施工階段）運行分析后，通過未知荷載系數計算，求得符合約束條件的施工過程中的拉索控制力。midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震6 索力的計算非常復雜，過去是依靠設計人員判斷以及參考實際經

4、驗值來確定拉索張力的。為了使設計人員可以更加便捷地計算拉索的初始張力，midas Civil 提供未知荷載系數功能。不過，由于未知荷載系數的功能提供的張力結果只是能夠滿足約束條件的解，所以有時無法完全滿足技術人員的設計意圖。 midas Civil 2010中，為了改善未知荷載系數功能，并且使設計過程中的反復調整工作盡可能簡便，特別開發和提供了索力調整功能。 索力調整功能使設計人員可以直接調整索力，并且不需要任何重新分析即可實時查看主梁或者主塔的變形情況，因此可以非常便捷、快速地獲得初始張力。3.索力調整功能索力調整功能midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震7 拉

5、索的張力(或者荷載系數)可以利用輸入窗口或柱狀圖進行微調來確定最優索力設計人員指定的范圍(紅線)隨拉索張力變化的結果(藍線)影響值(綠線)midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震8 在影響矩陣中確認對單元影響最大的張力后，使用搜索功能，確定最優索力midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震9 索力調整步驟索力調整步驟STEP 1. 拱橋建模STEP 2. 定義主梁的恒載和各索單位荷載的荷載工況STEP 3. 輸入恒載和單位荷載STEP 4. 對恒載和單位荷載進行荷載組合STEP 5. 利用未知荷載系數功能計算未知荷載系數STEP 6. 利用

6、調索功能調整拉索初始索力STEP 7. 查看分析結果并最終確定初始索力midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震10 4.未閉合配合力功能未閉合配合力功能 midas Civil能夠在小位移分析中考慮假想位移，以無應力長為基礎進行正裝分析。這種通過無應力長與索長度的關系計算索初拉力的功能叫未閉合配合力未閉合配合力功能。未閉合配合力具體包括兩部分，一是因為施工過程中產生的結構位移和結構體系的變化而產生的拉索的附加初拉力，二是為使安裝合攏段時達到設計的成橋階段狀態合攏段上也會產生附加的內力。利用此功能可不必進行倒拆分析，只要進行正裝分析就能得到最終理想的設計橋型和內力結果

7、。midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震11 分析施工階段分析控制數據 斜拉橋施工時，最終階段往往是跨中合攏的施工。跨中合攏的一剎那，結構體系完全轉換。需要說明的是，利用成橋模型計算未知荷載系數時，跨中合攏段處于連續狀態。但在施工合攏段時，合攏段并非處于連續狀態，即兩端的彎矩為0。按照前面介紹的分析方法，結果會出現閉合的情況。 通過未必和配合力的分析方法，可以得到最終合攏后的階段與成橋目標函數完全閉合的結果。 未必和配合力方法，僅通過正裝模型就可以計算拉索張拉控制力，沒必要像前面所說的方法，還需要建立一個倒拆模型來求得。 midas Civil 2010抗震專題0

8、8公路抗震規范設計專題抗震12 未必和配合力計算原理：激活斜拉索之前，拉索兩端節點因前一階段的荷載，發生的變形。激活拉索時，已輸入的體內力還不能把發生變形的節點拉回原位，還需要補一定量的張力，此張拉力即為未必和配合力。 程序不僅可以計算出，每根斜拉索的未必和配合力，還可計算出合攏段的未必和配合力。使最終階段的內力以及變形結果與成橋目標完全閉合。 （注：合攏段的未必和配合力，其實也沒有實際意義。因目前還沒有能夠對于合攏段預加內力的工具）midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震13 三、拱橋分析三、拱橋分析 本例題中的拱橋是一座80米跨徑的系桿拱橋，橋梁外部為簡支結構體

9、系，橋梁內部為超靜定結構體系。1.系桿拱橋模型況系桿拱橋模型況橋梁有限元模型midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震14 2.系桿拱橋成橋分析系桿拱橋成橋分析第一步 建立成橋模型關鍵點：為了結合未知荷載系數法進行調索，索結構必須用必須用桁架（線性）單元進行模擬，這樣結構才支持荷載的線性疊加功能。第二步 定義荷載工況關鍵點：將不同的索力定義為不同的荷載工況，作為未知荷載來考慮。第三步 采用未知荷載系數法進行拱橋吊桿調索關鍵點：定義成橋約束條件，求解最優的荷載組合系數（未知荷載系數）拱橋 成橋分析流程第四步 采用調索功能進行拱橋吊桿索力微調關鍵點：結合影響矩陣，找出影響

10、效應大的吊桿單元，對此吊桿單元做優先考慮的微微調調（如果調索幅度太大的話，可能會引起其它結構不滿足最優化狀態）midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震15 3.系桿拱橋施工階段仿真模擬系桿拱橋施工階段仿真模擬第一步 建立倒拆倒拆施工階段模擬模型關鍵點：將調索成功的成橋吊桿索力（單位荷載*組合系數）作為體內力體內力賦予給相應的吊桿單元，然后對結構進行倒拆模擬。第二步 得出倒拆的各施工階段的吊桿內力拱橋 施工階段仿真分析流程方法一第三步 建立正裝正裝施工階段模擬模型關鍵點：將倒拆的各施工階段的吊桿內力作為體外力體外力加在相應的正裝階段。第四步 調整索力使正裝的最后階段與

11、成橋基本相符關鍵點：采用未知荷載系數法進行施工階段的索力二次調整midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震16 第一步 建立正裝正裝施工階段模擬模型關鍵點：將調索成功的成橋吊桿內力作為體外力參考值體外力參考值賦予給相應的吊桿單元，加在相應的正裝階段，對結構進行一次張拉正裝模擬。第二步 調整索力使正裝的最后階段與成橋基本相符關鍵點：采用未知荷載系數法進行施工階段的吊桿索力二次調整拱橋 施工階段仿真分析流程方法二midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震17 4.拱橋穩定分析拱橋穩定分析 因為屈曲和特征值分析只能在POSTCS階段進行，因此當為了

12、求解某個施工階段狀態下的結構穩定特性和自振周期特性時，可以通過指定施工階段分析的截止階段，然后進行屈曲分析或特征值分析數據即可。 如果要考慮施工階段內力對結構剛度的影響，可以按以下步驟執行：1）施工階段分析控制選擇2）選擇某個施工階段為分析的最終分析階段；3）執行施工階段分析完成后，選擇某個終止的施工階段然后使用文件另存 當前施工階段為功能另存為一個獨立模型；4）打開荷載工具條，點擊初始荷載小位移初始單元內力CS，將打開的表格數據復制，然后黏貼到另存的獨立模型中的初始荷載小位移初始單元內力表格中，在此基礎上就可以定義其它可變荷載的穩定分析。拱橋施工階段穩定分析 midas Civil 2010

13、抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震18 方法一：可以借鑒施工階段的穩定分析，得到最后一個施工階段的初始單元內力作為成橋的幾何剛度，然后定義成橋的可變荷載做問題分析。拱橋成橋穩定分析 方法二：直接以成橋模型為基礎，對成橋結構進行可變荷載或者不變荷載的定義，然后對此狀態做成橋的穩定分析。midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震19 5.混凝土拱橋模型模擬與設計關鍵點混凝土拱橋模型模擬與設計關鍵點 混凝土拱橋設計時，一般混凝土拱圈是設計的重點，而拱上填料的傳力模擬是否合理，又是混凝土拱橋模型模擬的關鍵點。橋梁有限元模型midas Civil 2010抗震專題08公路抗震規范設計專題抗震20 拱上填料在整個結構中起到豎向傳遞橋面系荷載的作用，因此是否正確模擬拱上填料，是建模成敗關鍵點。拱上填料模擬方法一：采用彈性連接進行模擬，不考慮面外荷載效應，所以可以模擬成Sry=0的彈性連接，軸向剛度模擬時要合理；拱上填料模擬方法二：采用立柱單元進行傳力模擬，此單元用梁單元進行模擬，不考慮面外荷載效應，所以可以對它采用釋放梁端My的約束進行等效傳力模擬。如果考慮面外荷載效應時，三維模型的等效上述方法就不可行，結構就得要另外